JP2014231778A - ブローバイガス環流装置 - Google Patents

Abstract

【課題】低温環境下においてブローバイガス中の水分の凍結により発生する氷結塊の吸気系への侵入を防止するブローバイガス環流装置を提供する。
【解決手段】
内燃機関Ｅのブローバイガスを吸気通路４に環流するブローバイガス環流装置１７において、ブローバイガスを吸気通路側に導くブローバイガス通路１５と、ブローバイガス通路および吸気通路の間に配置されたチャンバを形成するチャンバ形成部材１６とを備え、チャンバ形成部材には、相互に連通する第１空間Ｖ１および第２空間Ｖ２にチャンバを仕切る隔壁６５が設けられ、ブローバイガス通路は、チャンバ形成部材の第１空間側に接続し、吸気通路は、チャンバ形成部材の第２空間側に接続する構成とした。
【選択図】図３

Description

本発明は、内燃機関のブローバイガスを吸気通路に環流するブローバイガス環流装置に係り、より詳細にはブローバイガス中の水分の凍結によるトラブルを防止するための構造を備えたブローバイガス環流装置に関する。

従来、自動車等のエンジンにおいてクランク室に漏出するブローバイガスを吸気系に還流させるためのブローバイガス還流装置が普及している。ブローバイガスは、エンジンの本体部（シリンダブロック、シリンダヘッドまたはシリンダヘッドカバー等）から吸気通路に至るブローバイガス通路を介して環流されるが、未燃焼混合気等に加えて多量の水分を含んでいるため、低温環境下（寒冷地など）ではその水分の凍結により通路の閉塞等のトラブルを招くことがある。

そこで、例えば、この種のブローバイガス環流装置において、ブローバイガス通路を形成するＰＣＶホースを吸気通路に接続するためのユニオンの構造を、内筒および外筒からなる二重管構造とし、それら内筒と外筒との間の空気層を断熱層として機能させることにより、エンジンが極低温下で運転された場合でもユニオンの閉塞を防止するものが知られている（特許文献１参照）。

特開２００２−１５５７２０号公報

しかしながら、上記特許文献１に記載された従来技術では、ユニオンの断熱性は高まるものの、外気温度や吸気温度の低い状態が継続すると、ユニオンやその周辺においてブローバイガス中の水分の凍結を防止することが難しくなるという問題があった。

そのような水分の凍結が発生した場合、ユニオン等の閉塞までは至らないとしても、氷結塊（凍結した水分の塊）がブローバイガスと共に吸気系に導入されると、吸気系の装置の破損や故障の原因となり得る。特に、ターボチャージャーを備えたエンジンでは、コンプレッサーブレード等に氷結塊が衝突することによりその破損を招くおそれがある。

本発明は、このような従来技術の課題を鑑みて案出されたものであり、低温環境下においてブローバイガス中の水分の凍結により発生する氷結塊の吸気系への侵入を防止するブローバイガス環流装置を提供することを主目的とする。

本発明の第１の側面では、内燃機関（Ｅ）のブローバイガスを吸気通路（４）に環流するブローバイガス環流装置（１７）であって、前記ブローバイガスを前記吸気通路側に導くブローバイガス通路（１５）と、前記ブローバイガス通路および前記吸気通路の間に配置されたチャンバを形成するチャンバ形成部材（１６）とを備え、前記チャンバ形成部材には、相互に連通する第１空間（Ｖ１）および第２空間（Ｖ２）に前記チャンバを仕切る隔壁（６５）が設けられ、前記ブローバイガス通路は、前記チャンバ形成部材の前記第１空間側に接続し、前記吸気通路は、前記チャンバ形成部材の前記第２空間側に接続することを特徴とする。

この第１の側面によるブローバイガス還元装置では、チャンバ内でのブローバイガスの流速の低下と、隔壁を用いたブローバイガスの流れの変更によるブローバイガスのチャンバ形成部材の内面への衝突または当該内面付近での滞留時間の増大により、ブローバイガス中の水分をチャンバ形成部材内に付着した状態で凍結させ、或いは吸気通路に向かうブローバイガスから凍結した水分を分離することができ、その結果、低温環境下においてブローバイガス中の水分の凍結により発生する氷結塊の吸気系への侵入を防止することが可能となる。

本発明の第２の側面では、上記第１の側面に関し、前記チャンバ形成部材は、前記ブローバイガス通路と連通する入側開口部（４８）が形成された第１壁（５１）と、当該第１壁に対向して配置された第２壁（５２）とを有し、前記隔壁は、前記ブローバイガス通路を前記チャンバ内にて延長した仮想通路（１５ｖ）と重ならない位置において、前記第２壁から前記第１壁に向けて突出するように設けられたことを特徴とする。

この第２の側面によるブローバイガス還元装置では、第２壁から突設された隔壁によって第１空間でのブローバイガスの流れにおける渦の発生を促進して、ブローバイガスのチャンバ形成部材の内面付近での滞留時間を増大させることが可能となる。

本発明の第３の側面では、上記第２の側面に関し、前記第２壁は、前記仮想通路と重なる位置またはその重なる位置の近傍において、前記第１壁と相反する側に突出するように形成された段差部（７０ｂ）を有することを特徴とする。

この第３の側面によるブローバイガス還元装置では、第２壁に形成された段差部によって第１空間でのブローバイガスの流れにおける渦の発生をより効果的に促進して、ブローバイガスのチャンバ形成部材の内面付近での滞留時間を増大させることが可能となる。

本発明の第４の側面では、上記第２または第３の側面に関し、前記仮想通路の中心軸（Ｃ１）は、前記ブローバイガスの前記入側開口部からの吐出流を前記隔壁側と相反する側に向けるように、前記第２壁の内面の法線（Ｃ２）方向に対して傾斜していることを特徴とする。

この第４の側面によるブローバイガス還元装置では、入側開口部からの吐出流を隔壁側と相反する側に向けてブローバイガスのチャンバ形成部材の内面付近での滞留時間を効果的に増大させることが可能となる。

本発明の第５の側面では、上記第２から第４の側面のいずれかに関し、前記第２壁には、前記チャンバと前記吸気通路とを連通する出側開口部（４９）が形成されたことを特徴とする。

この第５の側面によるブローバイガス還元装置では、チャンバ形成部材において隔壁、入側開口部及び出側開口部を適切に配置することにより、ブローバイガスのチャンバ形成部材の内面付近での滞留時間を効果的に増大させることが可能となる。

このように本発明によれば、ブローバイガス環流装置において、低温環境下でのブローバイガス中の水分の凍結により発生する氷結塊の吸気系への侵入を防止することができるという優れた効果を奏する。

本発明に係るブローバイガス環流装置を備えたエンジンシステムの要部構成図である。 ブローバイガス環流装置の吸気系への接続構造を示す要部斜視図 図２中のIII部の一部切り欠き斜視図 チャンバ形成部材の平面図 図４中のV−V線断面図 チャンバ内におけるブローバイガスの流れの説明図

以下、本発明の実施の形態について図面を参照しながら説明する。

図１は、本発明に係るブローバイガス環流装置を備えたエンジンシステムの要部構成図である。エンジンシステム１は、エンジン（内燃機関）Ｅを中核として、エアクリーナ３、吸気管（吸気通路）４及び吸気マニホールド（図示せず）等からなる吸気系５と、排気マニホールド（図示せず）及び排気管１１等からなる排気系１２と、ブリーザー管（ブローバイガス通路）１５およびチャンバ形成部材１６等からなるブローバイガス環流装置１７とを備えている。

エンジンシステム１には、過給機としてターボチャージャー２１が搭載されている。ターボチャージャー２１は、排気管１１に連通するタービンハウジング内に配置された排気タービン２２と、吸気管４に連通するコンプレッサハウジング内に配置されたコンプレッサ２３とを備えた公知の構成を有している。排気タービン２２とコンプレッサ２３とは互いに連結されており、排気ガスの運動エネルギによって排気タービン２２が回転駆動することで同軸上のコンプレッサ２３が回転駆動され、これにより吸気管４における吸入エアが過給される。

なお、ここでは説明を省略するが、エンジンシステム１は、システム内の各装置を電子制御するＥＣＵ（Engine Control Unit）や、電子制御式燃料噴射装置からなる燃料供給系等の公知の構成を備えている。

吸気系５では、エアクリーナ３からのエアが吸気管４や吸気マニホールド等を介して吸気ポート２５に供給される。吸気管４の管路には電子制御式のスロットル弁２６が設置され、このスロットル弁２６がアクセルペダル（図示せず）の操作量に応じて開閉することによりエンジンＥへの吸気量が調整される。また、吸気管４において、エアクリーナ３とターボチャージャー２１との間（すなわち、ターボチャージャー２１の上流側）には、ブローバイガス環流装置１７によるブローバイガスの導入開口部２７が形成されている。

排気系１２では、排気ポート３１からの排気ガスが排気マニホールドを介して排気管１１に排出される。排気管１１を流れる排ガスは、ターボチャージャー２１のタービンハウジングに送り込まれて排気タービン２２のブレードを回転させる。

ブローバイガス環流装置１７では、ブリーザー管１５の上流側端部がシリンダヘッドカバー３３に接続される一方、その下流側端部がチャンバ形成部材１６に接続されている。このブリーザー管１５により、エンジンＥのクランクケース等に漏出したブローバイガスがチャンバ形成部材１６を介して吸気管４側に導かれる。また、後に詳述するように、ブローバイガス環流装置１７において、ブリーザー管１５と吸気管４との間に配置されたチャンバ形成部材１６は、低温環境下でのブローバイガス中の水分の凍結により発生する氷結塊の吸気系５への侵入を防止する。

図２はブローバイガス環流装置の吸気系への接続構造を示す要部斜視図であり、図３は図２中のIII部の一部切り欠き斜視図であり、図４はチャンバ形成部材の平面図であり、図５は図４中のV−V線断面図である。なお、説明の便宜上、ブローバイガス環流装置およびその各構成要素の方向（上下、前後、左右）は、図中に矢印で示した方向に従うものとする。ただし、それらの実用上の配置（例えば、チャンバ形成部材１６の配置）は、本実施形態で示す方向に限定されるものではない。

図２に示すように、エアクリーナ３の下流に位置する吸気管４は、エアクリーナ３の排出管３ａに上流側端部を接続された合成樹脂製のフレキシブルパイプ３５と、このフレキシブルパイプ３５の下流側端部に接続された金属製のジョイントパイプ３６とを有している。

フレキシブルパイプ３５の外壁にはチャンバ形成部材１６が取り付けられており、ブローバイガスの導入開口部２７（図１参照）を介して当該チャンバ形成部材１６からのブローバイガスがフレキシブルパイプ３５に導入される。ジョイントパイプ３６の下流側端部に形成されたフランジ３６ａは、ターボチャージャー２１に固定され、これによりジョイントパイプ３６とコンプレッサハウジングとが接続する。

また、チャンバ形成部材１６の上流側に位置するブリーザー管１５には、エンジンＥとラジエータとを結ぶ冷却水用配管４１の一部が併設されている。図３に示すように、冷却水用配管４１は、ブリーザー管１５との間に渡された固定部材４２により当該ブリーザー管１５と相互に固定されており、ブリーザー管１５に沿って配設された併設部４１ａが当該ブリーザー管１５と接触（或いは近接）する。この冷却水用配管４１により、低温環境下でのブリーザー管１５中のブローバイガスの保温（水分の凍結防止）効果が得られる。

図３〜図５に示すように、チャンバ形成部材１６は、半割状をなす合成樹脂製の上部ケース４５および下部ケース４６から構成され、その内部には、略直方体状をなすチャンバ（内部空間）が形成されている。上部ケース４５と下部ケース４６とは、それぞれの開口縁に形成されたフランジ４５ａ、４６ａによって連結されている。両ケース４５、４６によって構成されたチャンバ形成部材１６の外殻には、ブリーザー管１５の管路と連通する入側開口部４８が形成された上壁（第１壁）５１と、この上壁５１に対向するように配置されて、出側開口部４９が形成された下壁（第２壁）５２とが設けられている。更に、チャンバ形成部材１６の外殻には、上壁５１及び下壁５２の左縁及び右縁をそれぞれ接続するように配置された左壁５４及び右壁５５と、上壁５１及び下壁５２の前縁及び後縁をそれぞれ接続するように配置された前壁５６及び後壁５７とが設けられている。左壁５４、右壁５５、前壁５６及び後壁５７は、図４に示すように、平面視において略長方形の各辺をなすように配置されている。

図３に示すように、入側開口部４８には、その開口縁に固定されたゴム製のコネクタ６１を介してブリーザー管１５の先端部１５ａが固定されている。先端部１５ａは、上壁５１の内面よりも内側に突出するように配置されている。また、出側開口部４９は、下壁５２から下方に突設された排出パイプ６２によって画定されており、この排出パイプ６２は、フレキシブルパイプ３５においてブローバイガスの導入開口部２７を画定する分岐管６３に嵌め込まれている。分岐管６３は、フレキシブルパイプ３５の下流側端部の近傍に設けられており、分岐管６３（排出パイプ６２）の管路の延伸方向は、ジョイントパイプ３６の上流側端部における管路の延伸方向に対して略直交するように配置されている。

下壁５２の内面には、ブリーザー管１５の管路をチャンバ形成部材１６内にて延長した仮想通路１５ｖ（図３中に２点鎖線で示す）と重ならない位置において、上壁５１に向けて突出するように隔壁６５が設けられている。隔壁６５は、略長方形の平板状をなし、その上縁６５ａと上壁５１の内面との間には所定の間隙Ｇ（図５参照）が形成されている。また、隔壁６５の左縁６５ｂおよび右縁６５ｃ（図４参照）は、それぞれ左壁５４および右壁５５の内面に接続されている。

このような隔壁６５により、チャンバ形成部材１６のチャンバは、隔壁６５後側においてブリーザー管１５と連通する第１空間Ｖ１と、隔壁６５の前側において吸気管４と連通する第２空間Ｖ２とに仕切られている。第１空間Ｖ１と第２空間Ｖ２とは、隔壁６５上方の間隙Ｇによって連通している。図５に示すように、上壁５１の前側は、略前後方向に延びる下壁５２（後述する凸状部７０は除く）に対してやや下方に傾斜しており、これにより、チャンバ形成部材１６のチャンバは、後方から前方に（すなわち、第１空間Ｖ１から第２空間Ｖ２）に向けて先細り状を呈している。

第１空間Ｖ１は、ブローバイガスの流路面積をブリーザー管１５の下流側端部よりも拡大させる（すなわち、ブローバイガスの流速を低下させる）ように設けられている。第１空間Ｖ１において、下壁５２の後壁５７側には下方に突出する凸状部７０が形成されている。この凸状部７０の下端壁７０ａは、下壁５２の上段部５２ａよりも下方に位置する下壁５２の下段部をなし、凸状部７０の前端壁７０ｂは、下壁５２の上段部５２ａから下方（上壁５１と相反する側）に突出するように形成された段差部をなし、凸状部７０の後端壁７０ｃは、後壁５７の一部（下部）をなす。

前端壁（下壁５２の段差部）７０ｂは、図３に示すように、下壁５２においてブリーザー管１５の仮想通路１５ｖと重なる位置の近傍（前方）に配置されているが、これに限らず、仮想通路１５ｖと重なる位置で且つ仮想通路１５ｖの中心軸線Ｃ１よりも前方に配置されてもよい。

また、仮想通路１５ｖの中心軸線Ｃ１は、ブローバイガスの入側開口部４８（より詳細には、ブリーザー管１５の先端部１５ａ）からの吐出流を後方（隔壁６５と相反する側）に向けるように、下壁５２の内面における法線Ｃ２の方向に対して傾斜している。

図６はチャンバ内におけるブローバイガスの流れの説明図である。なお、図中の矢印は、ブローバイガスの流れのイメージを便宜的に示すものであり、ブローバイガスの正確な流れ（速度ベクトル等）を示すものではない。

図６に示すように、ブリーザー管１５からのブローバイガスは、隔壁６５によって仕切られたチャンバ形成部材１６内の第１空間Ｖ１に流入する。チャンバ内では、ブリーザー管１５からの流路面積の拡大によりブローバイガスの流速が低下し、流入したブローバイガスの主流は、入側開口部４８が形成された上壁５１に対向するように配置された下壁５２（凸状部７０）に衝突する。これにより、ブローバイガス中に含まれる凝縮水の多くは、第１空間Ｖ１の下壁５３等に付着して凍結する。また、隔壁６５を用いたブローバイガスの流れの変更によりブローバイガスのチャンバ形成部材１６の内面付近での滞留時間が増大する。これにより、ブローバイガス中の凝縮水または氷結塊は、重力によって落下して第１空間Ｖ１におけるチャンバ形成部材１６の内面付近に留まるか、或いは第１空間Ｖ１におけるチャンバ形成部材１６の内面に付着して凍結する。なお、下壁５２の凸状部７０は下側に向けて突出しているため、凸状部７０の内部は凝縮水または氷結塊の貯留空間として機能する。

また、上述の仮想通路１５ｖにおける中心軸線Ｃ１（図３参照）の傾斜により、ブローバイガスの主流は、図６に示す断面では、下壁５２に衝突した後に当該下壁５２の内面に沿って後縁６５ｃ側に向かい、第１空間Ｖ１内の後壁３ｂ側で渦を発生する。特に、下壁５２には、上述のように仮想通路１５ｖ（図３参照）と重なる位置の近傍（或いは、仮想通路１５ｖと重なる位置）において前端壁７０ｂが形成されているため、ブローバイガスはこの前端壁７０ｂに沿って導かれ、ブローバイガスの流れにおける渦の発生が促進される。これにより、第１空間Ｖ１において、ブローバイガス中の氷結塊の落下や、ブローバイガス中の凝縮水のチャンバ形成部材１６の内面への付着・凍結が助長される。

第１空間Ｖ１のブローバイガスは、隔壁６５の上方の間隙Ｇ（図５参照）を通過して第２空間Ｖ２に流入する。このとき、第２空間Ｖ２においても、隔壁６５付近や、出側開口部４９よりも前方の前壁５６付近等においてブローバイガスの流れに渦が発生し、これにより、第２空間Ｖ２においてもブローバイガスのチャンバ形成部材１６の内面付近での滞留時間が増大して、ブローバイガス中の凝縮水は第２空間Ｖ２におけるチャンバ形成部材１６の内面に付着して凍結する。

上記のようなチャンバ形成部材１６の効果により、ブローバイガス環流装置１７では、低温環境下においてブローバイガス中の水分の凍結により発生する氷結塊の吸気系５への侵入を防止することができる。特に、ブローバイガス環流装置１７では、導入開口部２７の下流側にターボチャージャー２１が配置されているため、氷結塊のコンプレッサハウジングへの侵入によるコンプレッサーブレード等の破損や故障を防止することができる。

以上、本発明を特定の実施形態に基づいて説明したが、これらの実施形態はあくまでも例示であって、本発明はこれらの実施形態によって限定されるものではない。例えば、ブローバイガス環流装置では、チャンバ形成部材は吸気管におけるブローバイガス導入部の近傍に配置することが好ましいが、本発明によるチャンバ形成部材の機能を果たすことが可能な限りにおいて、チャンバ形成部材と吸気管との間に適当な長さの配管を設けることも可能である。また、チャンバ形成部材内の隔壁の形状及び配置は、チャンバ内でのブローバイガスの流れを考慮して種々の変更が可能である。場合によっては、チャンバ形成部材内に複数の隔壁を設けてもよい。また、例えば、チャンバ内における第１空間と第２空間との連通を阻止する隔壁を設ける一方、チャンバ形成部材の外部に第１空間と第２空間とを連通する配管を設けた構成も可能である。また、ブローバイガス環流装置およびその周辺における各管やチャンバ形成部材等の材質や形状は、上述のものに限らず種々の変更が可能である。なお、上記実施形態に示した本発明に係るブローバイガス環流装置の各構成要素は、必ずしも全てが必須ではなく、少なくとも本発明の範囲を逸脱しない限りにおいて適宜取捨選択することが可能である。

１ エンジンシステム
３ エアクリーナ
４ 吸気管（吸気通路）
５ 吸気系
１１ 排気管
１２ 排気系
１５ ブリーザー管（ブローバイガス通路）
１５ｖ 仮想通路
１６ チャンバ形成部材
１７ ブローバイガス環流装置
２１ ターボチャージャー
２２ 排気タービン
２３ コンプレッサ
２７ 導入開口部
３５ フレキシブルパイプ
３６ ジョイントパイプ
４１ 冷却水用配管
４８ 入側開口部
４９ 出側開口部
５１ 上壁（第１壁）
５２ 下壁（第２壁）
６２ 排出パイプ
６３ 分岐管
６５ 隔壁
７０ 凸状部
７０ｂ 前端壁（段差部）
Ｃ１ 中心軸線
Ｃ２ 法線
Ｅ エンジン（内燃機関）
Ｇ 間隙
Ｖ１ 第１空間
Ｖ２ 第２空間

Claims (5)

1. 内燃機関のブローバイガスを吸気通路に環流するブローバイガス環流装置であって、
   前記ブローバイガスを前記吸気通路側に導くブローバイガス通路と、
   前記ブローバイガス通路および前記吸気通路の間に配置されたチャンバを形成するチャンバ形成部材と
   を備え、
   前記チャンバ形成部材には、相互に連通する第１空間および第２空間に前記チャンバを仕切る隔壁が設けられ、
   前記ブローバイガス通路は、前記チャンバ形成部材の前記第１空間側に接続し、前記吸気通路は、前記チャンバ形成部材の前記第２空間側に接続することを特徴とするブローバイガス環流装置。
2. 前記チャンバ形成部材は、前記ブローバイガス通路と連通する入側開口部が形成された第１壁と、当該第１壁に対向して配置された第２壁とを有し、
   前記隔壁は、前記ブローバイガス通路を前記チャンバ内にて延長した仮想通路と重ならない位置において、前記第２壁から前記第１壁に向けて突出するように設けられたことを特徴とする請求項１に記載のブローバイガス還元装置。
3. 前記第２壁は、前記仮想通路と重なる位置またはその重なる位置の近傍において、前記第１壁と相反する側に突出するように形成された段差部を有することを特徴とする請求項２に記載のブローバイガス還元装置。
4. 前記仮想通路の中心軸は、前記ブローバイガスの前記入側開口部からの吐出流を前記隔壁側と相反する側に向けるように、前記第２壁の内面の法線方向に対して傾斜していることを特徴とする請求項２または請求項３に記載のブローバイガス還元装置。
5. 前記第２壁には、前記チャンバと前記吸気通路とを連通する出側開口部が形成されたことを特徴とする請求項２から請求項４のいずれかに記載のブローバイガス還元装置。

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